JP4142241B2

JP4142241B2 - On-site power generation system

Info

Publication number: JP4142241B2
Application number: JP2000310037A
Authority: JP
Inventors: 一成守屋; 幸雄稲熊; 純和社本; 正一佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2020-10-11
Also published as: JP2002118982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オンサイト発電システムに関し、詳しくは、電力消費地に設置されるオンサイト発電システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のオンサイト発電システムとしては、燃料電池や太陽電池などを有する発電装置および負荷に電力を供給可能な二次電池をインバータ回路と切替スイッチとを介して送電系統や負荷に接続するものが提案されている（例えば、特開平１１−１２７５４６号公報など）。このシステムでは、送電系統とインバータ回路との接続を司る切替スイッチと、負荷と送電系統との接続と負荷とインバータ回路との接続とを選択的に切り替える切替スイッチとを備え、送電系統が正常に機能するときには、負荷と送電系統とを接続して送電系統からの電力により負荷を駆動すると共に必要に応じて送電系統とインバータ回路とを接続して二次電池を充電し、災害などにより送電系統が正常に機能しないときには、送電系統とインバータ回路との接続を解除すると共に負荷とインバータ回路とを接続して発電装置や二次電池からの電力により負荷を駆動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたシステムでは、送電系統が正常に機能しなくなったときに、送電系統とインバータ回路との接続を解除すると共に負荷とインバータ回路とを接続するよう切替スイッチを駆動するから、こうした接続や接続の解除に要する間は負荷に電力を供給することができず、一旦、負荷への電力の供給を停止する必要がある。このため、送電系統に瞬間的な停電が生じる毎に負荷への電力の供給が停止されてしまい、負荷へ電力を安定供給することができない。また、切替スイッチの駆動に必要な時間だけ負荷の作動に要する時間の遅れも生じる。さらに、切替スイッチによる切り替えが必要なことから、送電系統と二次電池と発電装置と負荷との電力のやり取りを複合して同時に行なうことができない。例えば、発電装置と送電系統からの電力を用いて二次電池を充電しながら負荷を駆動することはできない。このため、発電装置により生じる電力を有効に利用することができず、システムの効率を低下させてしまう。
【０００４】
本発明のオンサイト発電システムは、負荷へ電力を安定供給することを目的の一つとする。また、本発明のオンサイト発電システムは、送電系統と蓄電手段と発電装置と負荷との電力のやり取りを複合して同時に行なうことを目的の一つとする。さらに、本発明のオンサイト発電システムは、システムの効率の向上を目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のオンサイト発電システムは、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１のオンサイト発電システムは、
電力消費地に設置されるオンサイト発電システムであって、
一次側が送電系統に接続され、少なくとも二次側が星形結線されてなり、多相交流電力を変圧する変圧手段と、
前記変圧手段の二次側に接続され、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により多相交流電力と直流電力との変換が可能なインバータ回路と、
前記インバータ回路を介して直流電力の充放電が可能で、負荷に電力の供給が可能な蓄電手段と、
前記変圧手段の二次側の中性点と前記インバータ回路の正極母線または負極母線とに接続された発電装置と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の第１のオンサイト発電システムでは、インバータ回路のスイッチング素子のスイッチング操作により送電系統と蓄電手段と発電装置との電力のやり取りを複合して同時に行なうと共に負荷に電力を供給することができる。この結果、送電系統の瞬間的な停電の際でも負荷への電力の供給を停止することがない。また、発電装置により発電された電力を用いて蓄電手段を蓄電したり負荷を駆動することができるから、システムの効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明の第２のオンサイト発電システムは、
電力消費地に設置されるオンサイト発電システムであって、
一次側が送電系統に接続され、少なくとも二次側が星形結線されてなり、多相交流電力を変圧する変圧手段と、
前記変圧手段の二次側に接続され、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により多相交流電力と直流電力との変換が可能なインバータ回路と、
前記変圧手段の二次側の中性点と前記インバータ回路の正極母線または負極母線とに接続され、直流電力の充放電が可能で、負荷に電力の供給が可能な蓄電手段と、
前記インバータ回路の正極母線と負極母線とに接続された発電装置と
を備えることを要旨とする。
【０００９】
この本発明の第２のオンサイト発電システムでも、インバータ回路のスイッチング素子のスイッチング操作により送電系統と蓄電手段と発電装置との電力のやり取りを複合して同時に行なうと共に負荷に電力を供給することができる。この結果、送電系統の瞬間的な停電の際でも負荷への電力の供給を停止することがない。また、発電装置により発電された電力を用いて蓄電手段を蓄電したり負荷を駆動することができるから、システムの効率を向上させることができる。
【００１０】
本発明の第３のオンサイト発電システムは、
電力消費地に設置されるオンサイト発電システムであって、
一次側が送電系統に接続され、少なくとも二次側が星形結線されてなり、多相交流電力を変圧する変圧手段と、
前記変圧手段の二次側に接続され、複数のスイッチング素子のスイッチング操作により多相交流電力と直流電力との変換が可能なインバータ回路と、
前記変圧手段の二次側の中性点と前記インバータ回路の正極母線および負極母線の一方とに接続され、直流電力の充放電が可能で、負荷に電力の供給が可能な蓄電手段と、
前記変圧手段の二次側の中性点と前記インバータ回路の正極母線および負極母線のうち前記蓄電手段が接続されていない他方と接続された発電装置と
を備えることを要旨とする。
【００１１】
この本発明の第３のオンサイト発電システムでも、インバータ回路のスイッチング素子のスイッチング操作により送電系統と蓄電手段と発電装置との電力のやり取りを複合して同時に行なうと共に負荷に電力を供給することができる。この結果、送電系統の瞬間的な停電の際でも負荷への電力の供給を停止することがない。また、発電装置により発電された電力を用いて蓄電手段を蓄電したり負荷を駆動することができるから、システムの効率を向上させることができる。
【００１２】
こうした本発明の第１ないし第３のオンサイト発電システムにおいて、前記変圧手段は、各相のコイルを独立なコアに巻き付けてなるものとしたり、各相のコイルを共通のコアに巻き付けてなるものとすることもできる。
【００１３】
また、本発明の第１ないし第３のオンサイト発電システムにおいて、前記変圧手段は、一次側が星形結線されてなるものとしたり、一次側がデルタ結線もしくはＶ形結線されてなるものとすることもできる。
【００１４】
さらに、本発明の第１ないし第３のオンサイト発電システムにおいて、前記変圧手段は、一次側に高周波ノイズを吸収するフィルタを備えるものとすることもできる。こうすれば、高周波ノイズを除去することができる。
【００１５】
また、本発明の第１ないし第３のオンサイト発電システムにおいて、前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチング制御することにより前記送電系統と前記発電装置と前記蓄電手段との電力のやり取りを制御する制御手段を備えるものとすることもできる。
【００１６】
こうした制御手段を備える態様の本発明の第１ないし第３のオンサイト発電システムにおいて、前記制御手段は、前記蓄電手段の端子間電圧が所定範囲内となるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、負荷により安定して電力を供給することができる。
【００１７】
また、制御手段を備える態様の本発明の第１ないし第３のオンサイト発電システムにおいて、前記送電系統の電圧位相を検出する電圧位相検出手段を備え、前記制御手段は、前記電圧位相検出手段により検出された前記送電系統の電圧位相に基づいて前記インバータ回路のスイッチング素子をスイッチングして前記変圧手段の二次側の電圧位相を制御することにより前記送電系統との電力のやり取りを制御する手段であるものとすることもできる。
【００１８】
あるいは、制御手段を備える態様の本発明の第１ないし第３のオンサイト発電システムにおいて、前記制御手段は、前記変圧手段の二次側に流れる電流のうち直流成分を調節することにより前記蓄電手段と前記発電装置との電力のやり取りを制御し、前記変圧手段の二次側に流れる電流のうち交流成分を調節することにより前記送電系統と前記蓄電手段および／または前記発電装置との電力のやり取りを制御する手段であるものとすることもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例であるオンサイト発電システム２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のオンサイト発電システム２０は、図示するように、三相の送電系統１０に高周波ノイズ除去フィルタ２２を介して一次側コイル３２が接続された三相変圧器３０と、三相変圧器３０の二次側コイル３４に接続されたインバータ回路４０と、インバータ回路４０の正極母線４２と負極母線４４とに接続されると共に負荷１２に接続された二次電池５０と、三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とインバータ回路４０の負極母線４４とに接続された発電装置６０と、システム全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。
【００２０】
高周波ノイズ除去フィルタ２２は、例えば図２に例示するように、ｕ，ｖ，ｗの各相に接続されたコイル２４ｕ，２４ｖ，２４ｗと、各相間に接続されたコンデンサ２６ｕｖ，２６ｖｗ，２６ｗｕとにより構成することができる。
【００２１】
三相変圧器３０は、図３に例示するように、一次側コイル３２も二次側コイル３４も共に各相が共通のコアに巻き付けられて星型結線により構成されており、一次側コイル３２の各相間の電圧位相に対して二次側コイル３４の各相間の電圧位相を制御することにより、一次側の三相電力を変圧して二次側に供給したり、逆に二次側の三相電力を変圧して一次側に供給する。
【００２２】
インバータ回路４０は、６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６と６個のダイオードＤ１〜Ｄ６とにより構成されている。６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６は、それぞれ正極母線４２と負極母線４４とに対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続点に三相変圧器３０の二次側コイル３４の各相が接続されている。したがって、トランジスタＴ１〜Ｔ６のオン時間の割合とタイミングとを制御すれば、送電系統１０側と二次電池５０側との電力のやり取りを行なうことができる。
【００２３】
二次電池５０としては、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池，鉛蓄電池など種々の二次電池を用いることができる。また、発電装置６０としては、例えば水素と酸素とを燃料として電気化学反応により発電する燃料電池や太陽光エネルギにより発電する太陽電池などの種々の発電装置を用いることができる。なお、図中の発電装置６０の「＋」と「−」は、出力端子の正負を示している。
【００２４】
電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット７０には、三相変圧器３０の一次側コイル３２への電力ラインに取り付けられた電圧センサ８０ｕｖ，８０ｖｗからの送電系統１０のＵｖ間およびｖｗ間の電圧ＶＵｖ，Ｖｖｗや三相変圧器３０の二次側コイル３４への電力ラインに取り付けられた電流センサ８２ｕ，８２ｖ，８２ｗからの２次側の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，二次電池５０の入出力端子に取り付けられた電圧センサ５８からの二次電池電圧Ｖｂ，発電装置６０の出力端子に取り付けられた電圧センサ６８からの発電電圧Ｖｇなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット７０からは、インバータ回路４０のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御を行なうための制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２５】
次に、こうして構成された実施例のオンサイト発電システム２０の動作について説明する。インバータ回路４０のトランジスタＴ１〜Ｔ６のオン時間の割合とオンとするタイミングとを制御することにより、二次電池５０側と送電系統１０側との電力のやり取り、即ち二次電池５０側が送電系統１０側から電力の供給を受ける動作と二次電池５０側の電力を送電系統１０側に供給する動作とが可能であることについては周知であり、これ以上の説明を要しない。ここでは、まず、発電装置６０と二次電池５０との電力のやり取りについて説明し、その後、オンサイト発電システム２０全体の動作について説明する。
【００２６】
図４は、三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目したオンサイト発電システム２０の回路図である。いま、インバータ回路４０のｕ相のトランジスタＴ２をオンとした状態を考えると、この状態では、図中破線矢印で示す短絡回路が形成され、三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相はリアクトルとして機能する。この状態からトランジスタＴ２をオフすると、リアクトルとして機能している二次側コイル３４のｕ相に蓄えられたエネルギは、図中実線矢印で示す充電回路により二次電池５０に蓄えられる。即ち二次電池５０を充電するのである。三相変圧器３０二次側コイル３４のｖ相およびｗ相も、ｕ相と同様に動作するから、トランジスタＴ２，Ｔ４，Ｔ６をオンオフすることにより、発電装置６０からの電力を用いて二次電池５０を充電することができる。
【００２７】
前述したように、インバータ回路４０のトランジスタＴ１〜Ｔ６のオン時間の割合とオンとするタイミングとを制御することにより、二次電池５０側と送電系統１０側との電力のやり取りを行なうことができるから、三相変圧器３０の二次側コイル３４の電圧に着目すると、その交流成分で二次電池５０側と送電系統１０側との電力のやり取りを行ない、その直流成分で発電装置６０と二次電池５０との電力のやり取りを行なうことができる。したがって、電子制御ユニット７０により三相変圧器３０の二次側コイル３４における電圧位相と交流成分および直流成分の大きさをトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチングにより制御すれば、二次電池５０側と送電系統１０側との電力のやり取りと発電装置６０と二次電池５０との電力のやり取りとを複合して同時に行なうことができる。電力のやり取りのモードとしては、発電装置６０で発電がおこなわれていないときには送電系統１０から二次電池５０へ電力を供給するモードと二次電池５０から送電系統１０へ電力を供給するモードとがあり、発電装置６０で発電が行なわれているときには発電装置６０から二次電池５０に電力を供給すると共に送電系統１０から二次電池５０に電力を供給するモードと発電装置６０から二次電池５０に電力を供給すると共に二次電池５０から送電系統１０へ電力を供給するモード、即ち発電装置６０の発電電力を二次電池５０を介して送電系統１０へ供給するモードとがある。なお、各モードには、負荷１２の電力の消費の有無の２つのモードが付け加えられる。
【００２８】
以上説明した実施例のオンサイト発電システム２０によれば、インバータ回路４０のトランジスタＴ１〜Ｔ６をスイッチング制御することにより、送電系統１０側と二次電池５０側の電力のやり取りと発電装置６０と二次電池５０との電力のやり取りとを同時に行なうことができる。
【００２９】
また、実施例のオンサイト発電システム２０によれば、負荷１２は二次電池５０の入出力端子に接続されているから、災害などにより送電系統１０に異常が生じた際の停電や送電系統１０の瞬間的な停電の際でも、負荷１２を一時停止することなく電力の安定供給を行なうことができる。
【００３０】
さらに、実施例のオンサイト発電システム２０によれば、発電装置６０による発電電力を二次電池５０に充電したり、二次電池５０を介して送電系統１０に供給することができるから、エネルギ効率のよいシステムとすることができる。
【００３１】
実施例のオンサイト発電システム２０では、高周波ノイズ除去フィルタ２２を介して送電系統１０と三相変圧器３０の一次側コイル３２とを接続したが、高周波ノイズ除去フィルタ２２の構成は図２に例示するもの以外のものでもよく、高周波ノイズ除去フィルタ２２を備えないものとしてもかまわない。
【００３２】
また、実施例のオンサイト発電システム２０では、三相変圧器３０を、図３に例示するように、一次側コイル３２と二次側コイル３４の各相を共通のコアに巻き付けたが、図５に例示するように、一次側コイル３２と二次側コイル３４の各相を独立したコアに巻き付けてもよい。また、実施例のオンサイト発電システム２０では、三相変圧器３０の一次側コイル３２を星形結線により構成したが、デルタ結線により構成してもよい。
【００３３】
実施例のオンサイト発電システム２０では、三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とインバータ回路４０の負極母線４４とに発電装置６０を接続したが、図６に例示する変形例のオンサイト発電システム２０Ｂのように、三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とインバータ回路４０の正極母線４２とに発電装置６０を接続するものとしてもよい。この場合でも、図７に例示する三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目したオンサイト発電システム２０Ｂの回路図に示すように、トランジスタＴ１をオンとしたときの図中破線で示す短絡回路とトランジスタＴ１をオフとしたときの図中実線で示す充電回路により、発電装置６０の発電電力を用いて二次電池５０を充電することができる。もとより、インバータ回路４０のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御により二次電池５０と送電系統１０との電力のやり取りを行なうことができる。
【００３４】
実施例のオンサイト発電システム２０では、インバータ回路４０の正極母線４２と負極母線４４とに二次電池５０を接続すると共に三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とインバータ回路４０の負極母線４４とに発電装置６０を接続したが、図８に例示する変形例のオンサイト発電システム２０Ｃのように、インバータ回路４０の正極母線４２と負極母線４４とに発電装置６０を接続すると共に三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とインバータ回路４０の負極母線４４とに二次電池５０を接続したり、図９に例示する変形例のオンサイト発電システム２０Ｄのように、インバータ回路４０の正極母線４２と負極母線４４とに発電装置６０を接続すると共に三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とインバータ回路４０の正極母線４２とに二次電池５０を接続するものとしてもよい。これらの場合、図１０と図１１とが三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目したオンサイト発電システム２０Ｃ，２０Ｄの回路図に対応し、変形例のオンサイト発電システム２０ＣではトランジスタＴ１をオンオフすることにより、変形例のオンサイト発電システム２０ＤではトランジスタＴ２をオンオフすることにより、図中実線で示す充電回路と破線で示す短絡充電回路とにより、発電装置６０の発電電力を用いて二次電池５０を充電することができる。もとより、インバータ回路４０のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御により発電装置６０側と送電系統１０との電力のやり取りを行なうことができる。
【００３５】
また、図１２に例示する変形例のオンサイト発電システム２０Ｅのように、インバータ回路４０の正極母線４２と三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とに二次電池５０を接続すると共にインバータ回路４０の負極母線４４と三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とに発電装置６０を接続するものとしたり、図１３に例示する変形例のオンサイト発電システム２０Ｆのように、インバータ回路４０の負極母線４４と三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とに二次電池５０を接続すると共にインバータ回路４０の正極母線４２と三相変圧器３０の二次側コイル３４の中性点３６とに発電装置６０を接続するものとしてもよい。これらの場合、図１４と図１５とが三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目したオンサイト発電システム２０Ｅ，２０Ｆの回路図に対応し、変形例のオンサイト発電システム２０ＥではトランジスタＴ２をオンオフすることにより、変形例のオンサイト発電システム２０ＦではトランジスタＴ１をオンオフすることにより、図中破線で示す短絡回路と実線で示す充電回路とにより、発電装置６０の発電電力を用いて二次電池５０を充電することができる。もとより、インバータ回路４０のトランジスタＴ１〜Ｔ６のスイッチング制御により二次電池５０および発電装置６０側と送電系統１０との電力のやり取りを行なうことができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるオンサイト発電システム２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】高周波ノイズ除去フィルタ２２の一例を示す回路図である。
【図３】三相変圧器３０の構成の一例を示す構成図である。
【図４】三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目したオンサイト発電システム２０の回路図である。
【図５】変形例の三相変圧器の構成の一例を示す構成図である。
【図６】変形例のオンサイト発電システム２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。
【図７】三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目した変形例のオンサイト発電システム２０Ｂの回路図である。
【図８】変形例のオンサイト発電システム２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。
【図９】変形例のオンサイト発電システム２０Ｄの構成の概略を示す構成図である。
【図１０】三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目した変形例のオンサイト発電システム２０Ｃの回路図である。
【図１１】三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目した変形例のオンサイト発電システム２０Ｄの回路図である。
【図１２】変形例のオンサイト発電システム２０Ｅの構成の概略を示す構成図である。
【図１３】変形例のオンサイト発電システム２０Ｆの構成の概略を示す構成図である。
【図１４】三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目した変形例のオンサイト発電システム２０Ｅの回路図である。
【図１５】三相変圧器３０の二次側コイル３４のｕ相に着目した変形例のオンサイト発電システム２０Ｆの回路図である。
【符号の説明】
１０送電系統、１２負荷、２０，２０Ｂ〜２０Ｆオンサイト発電システム、２２高周波ノイズ除去フィルタ、２４ｕ，２４ｖ，２４ｗコイル、２６ｕｖ，２６ｖｗ，２６ｗｕコンデンサ、３０三相変圧器、３２一次側コイル、３４二次側コイル、３６中性点、４０インバータ回路、４２正極母線、４４負極母線、５０二次電池、５８電圧センサ、６０発電装置、６８電圧センサ、７０電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０ｕｖ，８０ｖｗ電圧センサ、８２ｕ，８２ｖ，８２ｗ電流センサ、Ｔ１〜Ｔ６トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ６ダイオード。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an on-site power generation system, and more particularly to an on-site power generation system installed in a power consumption area.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of on-site power generation system, a power generation device having a fuel cell, a solar cell, etc. and a secondary battery capable of supplying power to a load are connected to a power transmission system and a load via an inverter circuit and a changeover switch. Some have been proposed (for example, JP-A-11-127546). This system includes a changeover switch that controls the connection between the power transmission system and the inverter circuit, and a changeover switch that selectively switches between the connection between the load and the power transmission system and the connection between the load and the inverter circuit. When functioning, the load is connected to the power transmission system, the load is driven by the power from the power transmission system, and the power transmission system and the inverter circuit are connected as necessary to charge the secondary battery. When the battery does not function normally, the connection between the power transmission system and the inverter circuit is released, and the load and the inverter circuit are connected to drive the load with power from the power generation device or the secondary battery.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a system, when the power transmission system stops functioning normally, the switch is driven to disconnect the power transmission system from the inverter circuit and connect the load to the inverter circuit. While it is necessary to release the power, it is not possible to supply power to the load, and it is necessary to temporarily stop supplying power to the load. For this reason, every time a momentary power failure occurs in the power transmission system, the supply of power to the load is stopped, and power cannot be stably supplied to the load. Further, there is a delay in the time required to operate the load for the time required for driving the changeover switch. Furthermore, since switching by a changeover switch is necessary, it is impossible to simultaneously perform power exchange between the power transmission system, the secondary battery, the power generation device, and the load. For example, the load cannot be driven while charging the secondary battery using the power from the power generation device and the power transmission system. For this reason, the electric power generated by the power generation device cannot be used effectively, and the efficiency of the system is reduced.
[0004]
The on-site power generation system of the present invention has an object to stably supply power to a load. Another object of the on-site power generation system of the present invention is to simultaneously and simultaneously exchange power among the power transmission system, the power storage means, the power generation device, and the load. Furthermore, the on-site power generation system of the present invention has an object of improving the efficiency of the system.
[0005]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
The on-site power generation system of the present invention employs the following means in order to achieve at least a part of the above object.
[0006]
The first on-site power generation system of the present invention is:
An on-site power generation system installed in a power consumption area,
Transformer means that the primary side is connected to the transmission system, and at least the secondary side is star-connected, and transforms polyphase AC power;
An inverter circuit connected to the secondary side of the transformer means and capable of converting multiphase AC power and DC power by switching operation of a plurality of switching elements;
Power storage means capable of charging and discharging DC power via the inverter circuit and capable of supplying power to a load;
The gist of the invention is to include a neutral point on the secondary side of the transformer and a power generation device connected to the positive or negative bus of the inverter circuit.
[0007]
In the first on-site power generation system of the present invention, the switching operation of the switching element of the inverter circuit can simultaneously perform the power exchange between the power transmission system, the power storage means, and the power generation device and simultaneously supply power to the load. it can. As a result, the supply of power to the load is not stopped even in the event of a momentary power failure of the power transmission system. Further, the power generated by the power generation device can be used to store the power storage means or drive the load, so that the efficiency of the system can be improved.
[0008]
The second on-site power generation system of the present invention is:
An on-site power generation system installed in a power consumption area,
Transformer means that the primary side is connected to the transmission system, and at least the secondary side is star-connected, and transforms polyphase AC power;
An inverter circuit connected to the secondary side of the transformer means and capable of converting multiphase AC power and DC power by switching operation of a plurality of switching elements;
An electrical storage means connected to a neutral point on the secondary side of the transformer means and a positive or negative bus of the inverter circuit, capable of charging / discharging DC power and supplying power to a load;
The gist of the present invention is to include a power generator connected to the positive and negative buses of the inverter circuit.
[0009]
Even in the second on-site power generation system of the present invention, the switching operation of the switching elements of the inverter circuit can simultaneously perform the exchange of power among the power transmission system, the power storage means, and the power generation apparatus and supply power to the load. it can. As a result, the supply of power to the load is not stopped even in the event of a momentary power failure of the power transmission system. Further, the power generated by the power generation device can be used to store the power storage means or drive the load, so that the efficiency of the system can be improved.
[0010]
The third on-site power generation system of the present invention is
An on-site power generation system installed in a power consumption area,
Transformer means that the primary side is connected to the transmission system, and at least the secondary side is star-connected, and transforms polyphase AC power;
An inverter circuit connected to the secondary side of the transformer means and capable of converting multiphase AC power and DC power by switching operation of a plurality of switching elements;
A storage means connected to a neutral point on the secondary side of the transformer means and one of the positive and negative buses of the inverter circuit, capable of charging and discharging DC power, and capable of supplying power to a load;
The gist of the present invention is to include a neutral point on the secondary side of the transformer means and a power generation device connected to the other of the positive and negative buses of the inverter circuit to which the power storage means is not connected.
[0011]
Even in the third on-site power generation system of the present invention, the switching operation of the switching elements of the inverter circuit can simultaneously perform the exchange of power among the power transmission system, the power storage means, and the power generation apparatus and supply power to the load. it can. As a result, the supply of power to the load is not stopped even in the event of a momentary power failure of the power transmission system. Further, the power generated by the power generation device can be used to store the power storage means or drive the load, so that the efficiency of the system can be improved.
[0012]
In the first to third on-site power generation systems of the present invention, the transformer means is formed by winding each phase coil around an independent core, or by winding each phase coil around a common core. It can also be.
[0013]
In the first to third on-site power generation systems of the present invention, the transformer may be configured such that the primary side is a star connection, or the primary side is a delta connection or a V connection. it can.
[0014]
Furthermore, in the first to third on-site power generation systems of the present invention, the transformer means may include a filter that absorbs high frequency noise on the primary side. In this way, high frequency noise can be removed.
[0015]
Further, in the first to third on-site power generation systems of the present invention, control means for controlling exchange of power among the power transmission system, the power generation apparatus, and the power storage means by switching control of the switching elements of the inverter circuit. It can also be provided.
[0016]
In the first to third on-site power generation systems of the present invention having such control means, the control means is means for controlling the voltage between the terminals of the power storage means to be within a predetermined range. You can also. If it carries out like this, electric power can be stably supplied with load.
[0017]
In the first to third on-site power generation systems of the present invention including a control unit, the control unit includes a voltage phase detection unit that detects a voltage phase of the power transmission system, and the control unit includes the voltage phase detection unit. A means for controlling the exchange of power with the power transmission system by switching the switching element of the inverter circuit based on the detected voltage phase of the power transmission system and controlling the voltage phase on the secondary side of the transformer means. It can also be.
[0018]
Alternatively, in the first to third on-site power generation systems of the present invention having a control means, the control means adjusts the direct current component of the current flowing in the secondary side of the transforming means to adjust the power storage means. And exchange of electric power between the power transmission system and the power storage means and / or the power generation apparatus by controlling exchange of electric power between the power transmission system and the power generation apparatus, and adjusting an AC component of current flowing on the secondary side of the transformer means. It can also be a means for controlling.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described using examples. FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of an on-site power generation system 20 according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the on-site power generation system 20 of the embodiment includes a three-phase transformer 30 in which a primary coil 32 is connected to a three-phase power transmission system 10 via a high-frequency noise elimination filter 22, and a three-phase transformer 30. Of the inverter circuit 40 connected to the secondary side coil 34, the secondary battery 50 connected to the positive bus 42 and the negative bus 44 of the inverter circuit 40 and connected to the load 12, and the three-phase transformer 30. A power generator 60 connected to the neutral point 36 of the secondary coil 34 and the negative bus 44 of the inverter circuit 40, and an electronic control unit 70 for controlling the entire system are provided.
[0020]
For example, as illustrated in FIG. 2, the high-frequency noise removal filter 22 includes coils 24u, 24v, and 24w connected to the phases u, v, and w, and capacitors 26uv, 26vw, and 26wu connected between the phases. Can be configured.
[0021]
As illustrated in FIG. 3, the three-phase transformer 30 includes a primary coil 32 and a secondary coil 34, each phase of which is wound around a common core, and is configured by a star connection. By controlling the voltage phase between the phases of the secondary coil 34 with respect to the voltage phase between the phases, the three-phase power on the primary side is transformed and supplied to the secondary side, or vice versa. Three-phase power is transformed and supplied to the primary side.
[0022]
The inverter circuit 40 includes six transistors T1 to T6 and six diodes D1 to D6. Six transistors T1 to T6 are arranged in pairs so as to be on the source side and the sink side with respect to the positive electrode bus 42 and the negative electrode bus 44, respectively, and the secondary side of the three-phase transformer 30 is connected to the connection point. Each phase of the coil 34 is connected. Therefore, by controlling the ratio and timing of the ON times of the transistors T1 to T6, power can be exchanged between the power transmission system 10 side and the secondary battery 50 side.
[0023]
As the secondary battery 50, for example, various secondary batteries such as a lithium ion battery, a nickel hydride battery, and a lead storage battery can be used. In addition, as the power generation device 60, various power generation devices such as a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction using hydrogen and oxygen as fuel and a solar cell that generates power by solar energy can be used. In the figure, “+” and “−” of the power generation device 60 indicate the positive and negative of the output terminal.
[0024]
The electronic control unit 70 is configured as a microprocessor centered on a CPU 72, and includes a ROM 74 that stores a processing program, a RAM 76 that temporarily stores data, and an input / output port (not shown). The electronic control unit 70 includes voltages VUv and Vvw between the Uv and vw of the power transmission system 10 from the voltage sensors 80uv and 80vw attached to the power line to the primary coil 32 of the three-phase transformer 30 and three phases. The secondary phase currents Iu, Iv, Iw from the current sensors 82u, 82v, 82w attached to the power line to the secondary coil 34 of the transformer 30 are attached to the input / output terminals of the secondary battery 50. The secondary battery voltage Vb from the voltage sensor 58, the power generation voltage Vg from the voltage sensor 68 attached to the output terminal of the power generation device 60, and the like are input via the input port. The electronic control unit 70 outputs a control signal for performing switching control of the transistors T1 to T6 of the inverter circuit 40 via an output port.
[0025]
Next, the operation of the on-site power generation system 20 of the embodiment thus configured will be described. By controlling the ratio of the ON time of the transistors T1 to T6 of the inverter circuit 40 and the ON timing, the exchange of power between the secondary battery 50 side and the power transmission system 10 side, that is, the secondary battery 50 side is the power transmission system 10. It is well known that an operation of receiving power from the side and an operation of supplying power from the secondary battery 50 side to the power transmission system 10 side are well known, and no further explanation is required. Here, first, the exchange of power between the power generation device 60 and the secondary battery 50 will be described, and then the operation of the entire on-site power generation system 20 will be described.
[0026]
FIG. 4 is a circuit diagram of the on-site power generation system 20 focusing on the u phase of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30. Considering a state where the u-phase transistor T2 of the inverter circuit 40 is turned on, in this state, a short circuit indicated by a broken line arrow is formed, and the u-phase of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30 is formed. Functions as a reactor. When the transistor T2 is turned off from this state, the energy stored in the u phase of the secondary coil 34 functioning as a reactor is stored in the secondary battery 50 by the charging circuit indicated by the solid line arrow in the figure. That is, the secondary battery 50 is charged. Since the v-phase and w-phase of the secondary-side coil 34 of the three-phase transformer 30 operate in the same manner as the u-phase, by turning on and off the transistors T2, T4, and T6, The battery 50 can be charged.
[0027]
As described above, by controlling the ratio of the on-time of the transistors T1 to T6 of the inverter circuit 40 and the timing of turning on, it is possible to exchange power between the secondary battery 50 side and the power transmission system 10 side. Therefore, when attention is paid to the voltage of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30, power is exchanged between the secondary battery 50 side and the power transmission system 10 side with the alternating current component, and the generator 60 and the two are connected with the direct current component. Power can be exchanged with the secondary battery 50. Therefore, if the voltage phase, the AC component, and the DC component magnitude in the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30 are controlled by the switching of the transistors T1 to T6 by the electronic control unit 70, the secondary battery 50 side and the power transmission system are controlled. The exchange of power with the 10 side and the exchange of power between the power generation device 60 and the secondary battery 50 can be performed simultaneously in combination. As modes of power exchange, there are a mode in which power is supplied from the power transmission system 10 to the secondary battery 50 and a mode in which power is supplied from the secondary battery 50 to the power transmission system 10 when the power generation device 60 is not generating power. There is a mode in which power is supplied from the power generator 60 to the secondary battery 50 and power is supplied from the power transmission system 10 to the secondary battery 50 when the power generator 60 is generating power. And a mode in which power is supplied from the secondary battery 50 to the power transmission system 10, that is, a mode in which the power generated by the power generation device 60 is supplied to the power transmission system 10 through the secondary battery 50. Each mode is added with two modes indicating whether or not the power of the load 12 is consumed.
[0028]
According to the on-site power generation system 20 of the embodiment described above, by switching control of the transistors T1 to T6 of the inverter circuit 40, the exchange of power between the power transmission system 10 side and the secondary battery 50 side, the power generation device 60, and the second Power can be exchanged with the secondary battery 50 at the same time.
[0029]
Further, according to the on-site power generation system 20 of the embodiment, since the load 12 is connected to the input / output terminal of the secondary battery 50, a power failure or power transmission system 10 when an abnormality occurs in the power transmission system 10 due to a disaster or the like. Even in the event of an instantaneous power failure, stable power supply can be performed without temporarily stopping the load 12.
[0030]
Furthermore, according to the on-site power generation system 20 of the embodiment, the power generated by the power generation device 60 can be charged to the secondary battery 50 or supplied to the power transmission system 10 via the secondary battery 50. It can be made a good system.
[0031]
In the on-site power generation system 20 of the embodiment, the power transmission system 10 and the primary coil 32 of the three-phase transformer 30 are connected via the high-frequency noise removal filter 22, but the configuration of the high-frequency noise removal filter 22 is illustrated in FIG. Other than the above, the high frequency noise removal filter 22 may not be provided.
[0032]
In the on-site power generation system 20 of the embodiment, the three-phase transformer 30 is wound around each phase of the primary side coil 32 and the secondary side coil 34 around a common core as illustrated in FIG. As illustrated in FIG. 5, each phase of the primary side coil 32 and the secondary side coil 34 may be wound around an independent core. Further, in the on-site power generation system 20 of the embodiment, the primary side coil 32 of the three-phase transformer 30 is configured by star connection, but may be configured by delta connection.
[0033]
In the on-site power generation system 20 of the embodiment, the power generation device 60 is connected to the neutral point 36 of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30 and the negative electrode bus 44 of the inverter circuit 40, but the modification illustrated in FIG. As in the example on-site power generation system 20B, the power generation device 60 may be connected to the neutral point 36 of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30 and the positive bus 42 of the inverter circuit 40. Even in this case, as shown in the circuit diagram of the on-site power generation system 20B focusing on the u phase of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30 illustrated in FIG. 7, the broken line in the figure when the transistor T1 is turned on. The rechargeable battery 50 can be charged using the generated power of the power generation device 60 by the short circuit shown by and the charging circuit shown by the solid line in the figure when the transistor T1 is turned off. Of course, power can be exchanged between the secondary battery 50 and the power transmission system 10 by switching control of the transistors T1 to T6 of the inverter circuit 40.
[0034]
In the on-site power generation system 20 of the embodiment, the secondary battery 50 is connected to the positive bus 42 and the negative bus 44 of the inverter circuit 40 and the neutral point 36 of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30 and the inverter circuit. The power generation device 60 is connected to the negative electrode bus 44 of 40, but the power generation device 60 is connected to the positive electrode bus 42 and the negative electrode bus 44 of the inverter circuit 40 as in the on-site power generation system 20C of the modified example illustrated in FIG. In addition, the secondary battery 50 is connected to the neutral point 36 of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30 and the negative electrode bus 44 of the inverter circuit 40, or the on-site power generation system 20D of the modified example illustrated in FIG. As shown, the power generator 60 is connected to the positive bus 42 and the negative bus 44 of the inverter circuit 40 and the neutral point 36 of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30 and the inverter. To the positive bus 42 of the road 40 may be used to connect the secondary battery 50. In these cases, FIG. 10 and FIG. 11 correspond to the circuit diagrams of the on-site power generation systems 20C and 20D focusing on the u-phase of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30, and the modified on-site power generation system 20C. Then, by turning the transistor T1 on and off, in the modified on-site power generation system 20D, the transistor T2 is turned on and off. The secondary battery 50 can be charged by using. Of course, power can be exchanged between the power generation device 60 side and the power transmission system 10 by switching control of the transistors T <b> 1 to T <b> 6 of the inverter circuit 40.
[0035]
Further, as in the modified on-site power generation system 20E illustrated in FIG. 12, the secondary battery 50 is connected to the positive bus 42 of the inverter circuit 40 and the neutral point 36 of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30. The power generator 60 is connected to the negative electrode bus 44 of the inverter circuit 40 and the neutral point 36 of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30, or the on-site power generation of the modified example illustrated in FIG. As in the system 20F, the secondary battery 50 is connected to the negative electrode bus 44 of the inverter circuit 40 and the neutral point 36 of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30, and the positive bus 42 and the three-phase of the inverter circuit 40 are connected. The power generation device 60 may be connected to the neutral point 36 of the secondary coil 34 of the transformer 30. In these cases, FIG. 14 and FIG. 15 correspond to circuit diagrams of the on-site power generation systems 20E and 20F focusing on the u-phase of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30, and the modified on-site power generation system 20E. In the modified on-site power generation system 20F, the transistor T1 is turned on and off, and the generated power of the power generator 60 is used by the short circuit indicated by the broken line and the charging circuit indicated by the solid line in the figure. Thus, the secondary battery 50 can be charged. Of course, power can be exchanged between the secondary battery 50 and the power generation device 60 side and the power transmission system 10 by switching control of the transistors T1 to T6 of the inverter circuit 40.
[0036]
The embodiments of the present invention have been described using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course you get.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of an on-site power generation system 20 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a high-frequency noise removal filter 22;
3 is a block diagram showing an example of the configuration of a three-phase transformer 30. FIG.
4 is a circuit diagram of the on-site power generation system 20 focusing on the u-phase of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30. FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a three-phase transformer according to a modification.
FIG. 6 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a modified on-site power generation system 20B.
FIG. 7 is a circuit diagram of a modified on-site power generation system 20B focusing on the u-phase of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30.
FIG. 8 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a modified on-site power generation system 20C.
FIG. 9 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a modified on-site power generation system 20D.
FIG. 10 is a circuit diagram of a modified on-site power generation system 20C focusing on the u phase of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30.
11 is a circuit diagram of a modified on-site power generation system 20D focusing on the u-phase of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30. FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a modified on-site power generation system 20E.
FIG. 13 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a modified example of an on-site power generation system 20F.
14 is a circuit diagram of a modified on-site power generation system 20E focusing on the u-phase of the secondary side coil 34 of the three-phase transformer 30. FIG.
15 is a circuit diagram of a modified on-site power generation system 20F focusing on the u-phase of the secondary coil 34 of the three-phase transformer 30. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transmission system, 12 load, 20, 20B-20F On-site power generation system, 22 High frequency noise removal filter, 24u, 24v, 24w coil, 26uv, 26vw, 26wu capacitor, 30 Three-phase transformer, 32 Primary side coil, 34 Two Secondary coil, 36 Neutral point, 40 Inverter circuit, 42 Positive bus, 44 Negative bus, 50 Secondary battery, 58 Voltage sensor, 60 Power generator, 68 Voltage sensor, 70 Electronic control unit, 72 CPU, 74 ROM, 76RAM , 80uv, 80vw voltage sensor, 82u, 82v, 82w current sensor, T1-T6 transistor, D1-D6 diode.

Claims

An on-site power generation system installed in a power consumption area,
Transformer means that the primary side is connected to the transmission system, and at least the secondary side is star-connected, and transforms polyphase AC power;
An inverter circuit connected to the secondary side of the transformer means and capable of converting multiphase AC power and DC power by switching operation of a plurality of switching elements;
Power storage means capable of charging and discharging DC power via the inverter circuit and capable of supplying power to a load;
An on-site power generation system comprising a neutral point on the secondary side of the transformer and a power generation device connected to one of a positive bus and a negative bus of the inverter circuit.

An on-site power generation system installed in a power consumption area,
Transformer means that the primary side is connected to the transmission system, and at least the secondary side is star-connected, and transforms polyphase AC power;
An inverter circuit connected to the secondary side of the transformer means and capable of converting multiphase AC power and DC power by switching operation of a plurality of switching elements;
A storage means connected to a neutral point on the secondary side of the transformer means and one of the positive and negative buses of the inverter circuit, capable of charging and discharging DC power, and capable of supplying power to a load;
An on-site power generation system comprising a power generation device connected to a positive electrode bus and a negative electrode bus of the inverter circuit.

An on-site power generation system installed in a power consumption area,
Transformer means that the primary side is connected to the transmission system, and at least the secondary side is star-connected, and transforms polyphase AC power;
An inverter circuit connected to the secondary side of the transformer means and capable of converting multiphase AC power and DC power by switching operation of a plurality of switching elements;
A storage means connected to a neutral point on the secondary side of the transformer means and one of the positive and negative buses of the inverter circuit, capable of charging and discharging DC power, and capable of supplying power to a load;
An on-site power generation system comprising: a neutral point on the secondary side of the transformer means; and a power generator connected to the other of the positive and negative buses of the inverter circuit to which the power storage means is not connected.

The on-site power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the transformer means is formed by winding a coil of each phase around an independent core.

The on-site power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the transformer means is formed by winding a coil of each phase around a common core.

The on-site power generation system according to any one of claims 1 to 5, wherein the transformer means has a primary connection, a star connection, a delta connection, or a V connection.

The on-site power generation system according to claim 1, wherein the transformer means includes a filter that absorbs high-frequency noise on the primary side.

8. The on-site power generation system according to claim 1, further comprising a control unit configured to control exchange of electric power among the power transmission system, the power generation device, and the power storage unit by performing switching control of a switching element of the inverter circuit.

The on-site power generation system according to claim 8, wherein the control means is a means for controlling the inter-terminal voltage of the power storage means to be within a predetermined range.

The on-site power generation system according to claim 8 or 9,
Voltage phase detection means for detecting the voltage phase of the power transmission system,
The control means, based on the voltage phase of the power transmission system detected by the voltage phase detection means, by switching the switching element of the inverter circuit to control the voltage phase on the secondary side of the transformer means, An on-site power generation system which is means for controlling the exchange of power with the power transmission system.

The control means controls the exchange of electric power between the power storage means and the power generator by adjusting a direct current component of the current flowing on the secondary side of the transformer means, and the current flowing on the secondary side of the transformer means The on-site power generation system according to any one of claims 8 to 10, which is means for controlling exchange of power between the power transmission system and the power storage means and / or the power generation device by adjusting an AC component.